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C++ STL结构总结

1. 什么是STL

  它的全名是stand template library, 标准模板库,主要是将一些结构和算法写成模板,以便能够实现对任意类型的对象都可以操作,而不需要再一次去写一些算法及结构。

  它主要有以下三个概念:

    容器--容纳各种数据类型的结构,是类模板

    迭代器--类似于指针,指向容器内的对象的指针,主要用于指向元素

    算法--操作容器内的元素的运算函数,是函数模板,比如sort,find等排序算法,查找 算法,它与容器内元素类型无关

2.  容器

  用于存放数据的容器可以分为三大类,顺序容器,关联容器,容器适配器:

  顺序容器--vector, list, deque

  关联容器--map, multimap, set, multiset

  容器适配器--stack, queue, priority_queue

2.1 顺序容器

  顺序容器是无序的,插入的元素位置与值无关。

  vector容器,头文件<vector>, 是一个动态数据,元素在内存中是连续存放的,可以随意取vector中的元素。 

  deque, 头文件<deque>, 是一个双向队列,元素在内存中连续存放,可任意取容器中的元素,与vector中不一样的是,它存在一个头指针和一个尾指针,如

 

  list, 头文件<list>, 是一个双向链表,元素内存中不连续存放,易添加删除元素,不可随意存取元素。

2.2 关联容器

  关联容器是有序的,插入元素的同时对新加元素进行排序,如何排序取决于元素类中<符号的成员函数重载, 所有的容器都是以平衡二叉树来实现,查找时间为O(lgn).

  set/multiset, 头文件<set>, 又称集合,两者唯一的区别是set不允许多个元素相等,而multiset则可以存放多个相等的元素,至于两个元素相等的定义为:

如元素A不小于元素B,也不大于B,则A与B相等。因此在此仍需要重载容器内元素类的<符号函数,才能让容器函数对元素进行大小比较。

  map/multimap, 头文件<map>, 又称字典,元素内存在两个成员变量:first与second,它们一一对应,容器内以first的大小进行排序,first为key,second为first对应的值。multimap允许存在first相同的元素,而map则要求所有的元素first中值唯一。

2.3 容器适配器

  stack,头文件<stack>, 栈,遵守先进后出的规则

  queue,头文件<queue>, 队列, 元素先进先出,如图

  priority_queue, 优先级队列,头文件<queue>, 内部以一定的顺序排列,优先级最高的元素第一个出列。

2.4  容器中的成员函数

  顺序容器与关联容器的公有成员函数:

    begin-- 返回指向第一个元素的迭代器

    end--返回指向最后一个元素的后一个迭代器

    rbegin--返回指向最后一个元素的迭代器

    rend--返回指向第一个元素的前一个迭代器

    erase -- 删除容器中的一个或几个元素

    clear -- 删除容器内所有的元素

  顺序容器的成员函数:

    front -- 返回第一个元素的引用

    back -- 返回最后一个元素的引用

    push_back -- 在容器尾添加新元素

    pop_back -- 删除容器尾的元素

    erase -- 删除迭代器指向的元素或一个区间内的所有元素,返回删除元素的下一个元素的迭代器

  顺序容器list的成员函数:

    push_front: 在链表最前面插入元素

    pop_front: 删除链表最前面的元素

    sort : 排序

    reverse : 反转链表

    remove: 删除所有与指定值相等的元素

    unique: 删除所有与前一元素值相等的元素

    merge : 合并链表,并清空被合并链表

    splice : 在指定位置插入另一链表的一个或多个元素,并删除原来链表中的被插入元素

    注意: list的sort函数与vertor中的sort函数不同,主要是因为他们之间的迭代器不一样,现在看list的sort函数定义,

        list<T>  lt;

        lt.sort(compare);   //compare is a self defined function for comparing item T

        lt.sort();   // sort abided by symbol <, so we must redefined it in class T.

  容器适配器的成员函数:

    push : 添加元素

    top  : 返回栈顶或队头青元素引用

    pop : 删除一个元素  

3. 迭代器

  类似于指针的用法,主要用于指向元素对象的位置,其定义如下:

    容器类名::iterator  it;

    容器类名::const_iterator  it;  //常量迭代器,不可修改对象的值

    容器类名::reverse_iterator  it; //反向迭代器, it++指向前一个元素,如果是正向迭代器,则指向下一个元素

  比较特殊的迭代器就是随机迭代器,可以进行操作 it + i, 直接跳进i个元素

4. STL算法

  就是一些常用的数据结构算法,实现成各种模板函数,如min, max, find, find_if等等,由于此类函数太多,如果不常用,即使记住了也会容易忘掉。因此最好的办法就是理解他们实现的原理和方法,据我个人总结,可以分为以下几大类,其实如果仔细想想,可能会发现STL算法中的思想已经体现在上面的分类列举中了。

  算法, 也就是用模板实现的一些通用函数,即函数模板,可以操作任意类型(常用的int, double,自定义的类等,在这可以用模板类代替实现)。而通用的函数的功能无外乎就那么几样,比如说求最小值,最大值,排序,列表求和等,然而要想实现这些功能(假设排序),函数必须知道如何判断两个元素之间的大小才能进行排序,这里可分为两个版本, 在这以max_element为例,它的两个版本的定义如下:

    iterator max_element(iterator first, iterator last);  //求区间[first,last)之间最大的迭代值, 默认的大小比较为 < 符号, 需要在元素对象里重载

    iterator max_element(iterator first, iterator last, Pred op);// op 为一个函数指针或函数对象,if op(x,y)为真,则表示x<y, 该函数由自己定义,也可奖类对象重载()成员函数来实现。

  STL算法共包括3大类,常用函数方法,操作对象及操作对象的指针,即算法函数,模板类,迭代器。迭代器可以理解成指针,可以不管,现在我们已经明白了算法函数与模板类的分工,那就好办了。只要我们了解了算法函数的定义,即它的参数定义,我们就可以用它来处现模板类,而在模板类中只需要重载一些符号的成员函数即可,据个人认为,STL算法的核心就是模板类的符号重载,这不但保证了算法使用的灵活性和通常用,也能够让程序员实现一些特别的操作。

   在这里借用别人的一个例子,主要功能是用STL中的copy函数来实现打印数组,感觉比较好玩而且实用, 实现我们来看copy()函数的定义及源码实现。

template<class InIt, class OutIt>
OutIt copy(InIt first, InIt last, OutIt out) 
  copy区间[first, last)到out, 对区间内的所有元素都执行一次
            *(out+N) = *(first+N), 并返回out+N

copy源代码

template<class __II, class __OI>
inline __OI copy(__II __f, __II __l, __OI __x)
{
      for ( ; __f != __l; ++__f, ++__x)
            *__x = *__f;
      return __x;
}

定义一个ostream_iterator<int>对象,然后 通过cout输出一个个整数并以*号来分隔。

ostream_iterator<int> output(cout,"*");
copy(v.begin(), v.end(), output); // v为一个vector可变数组

问题:copy函数如何才能将v中的数字打印出来呢?

从源代码我们看出,里面的复制操作主要用到了++__x, *__x, =符号,而__x的类型原型实例化后就是ostream_iterator<int>, 因此只要重载了++,= , * 符号成员函数就可以达到刚才的要求了。

首先自定义一个myostream类
#include <iterator>
template<class T>
class my_osit:public iterator<output_iterator_tag,T>
{
      private:
             string sep;
              ostream  &os;  //可用于写入文件
      public:
              my_osit(ostream &o, string s):os(o), sep(s){}
              void operator++(){}
              my_osit & operator*() {return *this;}
              my_osit & operator=(const T val)
              {
                       os << val << sep;
                       return *this;
              } 
}    

总得来说,STL算法很强大,如果能记住当然最好,如果记不住,如果学会 了查接口,灵活运用符号重载,写程序一样轻松。

posted on 2014-11-14 00:36  漩涡鸣人  阅读(867)  评论(0编辑  收藏  举报